JPH0634951A

JPH0634951A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0634951A
Application number: JP22033992A
Authority: JP
Inventors: Hideshi Yoshida; 秀史吉田; Kazutaka Hanaoka; 一孝花岡; Kimiaki Nakamura; 公昭中村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-05-21
Filing date: 1992-08-19
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】ポリマー分散型液晶表示装置に関し、ポリマ
ー（ポリマーになる前のモノマー及びオリゴマー）の適
切な設定により表示の性能を向上することを目的とす
る。【構成】液晶と、単官能のモノマー及びオリゴマーを
含む光硬化性樹脂材料との相溶物を光照射によって相分
離させて液晶１８がポリマー２２に分散した構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はポリマー分散型液晶表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は一対の基板の間に液晶を
封入した液晶パネルからなる。ポリマー分散型液晶表示
装置では、液晶は一対の基板の間で微小なカプセル状に
なってポリマーに分散している。液晶はカプセル内で無
秩序に配列しており、電圧を印加しないときには入射光
は液晶に当たって散乱し、透過光は少ないので不透明
（白濁）になる。電圧を印加するとカプセル内の液晶が
一定の方向に配向し、液晶を透過する透過光が多くな
り、透明となる。

【０００３】ポリマー分散型液晶表示装置で液晶をポリ
マーに分散させた構造は、ポリマーに光硬化性樹脂材料
を用い、光重合法により得られる。光硬化性樹脂材料は
モノマー及びオリゴマーを含む。製造工程の最初に、液
晶と、モノマー及びオリゴマーを含む光硬化性樹脂材料
とを混合し、これらの相溶物を作る。光重合に必要な光
開始剤等も入れる。それからこの相溶物を液晶パネルの
一対の基板の間に注入し、紫外線を照射する。紫外線照
射により、モノマー及びオリゴマーが重合硬化してポリ
マーになるとともに、液晶とポリマーとが相分離し、液
晶は微小なカプセル状になってポリマーに分散する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】光硬化性樹脂材料は幾
つか知られているが、その中で、ポリマー分散型液晶表
示装置で使用するのによく適したものを選ぶ必要があ
る。表示の性能を向上させるためには、まず最適なポリ
マーの種類を特定することが必要である。本発明の目的
は、ポリマー（ポリマーになる前にモノマー及びオリゴ
マー）の適切な設定により表示の性能を向上することに
ある。

【０００５】ポリマー分散型液晶表示装置では、液晶
と、モノマー及びオリゴマーを含む光硬化性樹脂材料と
を最初に混合するが、この段階で液晶と光硬化性樹脂材
料との混合割合が意図した通りに維持され、そして液晶
が光硬化性樹脂によく溶解していることが重要である。
しかし、液晶と光硬化性樹脂材料との相溶物を一対の基
板の間（液晶パネル）に注入する際、この注入を真空中
で行うが、光硬化性樹脂材料が真空中で蒸発する傾向が
ある。そのため、液晶と光硬化性樹脂材料との混合割合
が変化する。従って、光硬化性樹脂材料として真空中で
蒸発しにくいものを選ぶ必要がある。また、液晶と光硬
化性樹脂材料とを所定の割合で混合しても、液晶が光硬
化性樹脂材料によく溶解していないと、あるところでは
液晶の分布が多くなり、あるところでは光硬化性樹脂材
料の分布が多くなって、最終的に表示の性能が低下す
る。さらに、表示の性能を向上させるためには、より多
くの液晶が光硬化性樹脂材料に溶解していることが好ま
しいが、使用する液晶の種類と光硬化性樹脂材料との組
合せにより液晶が光硬化性樹脂材料に溶解する割合が変
化することが分かった。使用する液晶の種類と光硬化性
樹脂材料との最適な組合せを得るため、本発明では、溶
解性パラメータを使用するようにした。本発明の目的
は、光硬化性樹脂材料の蒸発が低く、また液晶が光硬化
性樹脂材料によく溶解するようなポリマー（その材料で
あるモノマー及びオリゴマー）を適切に選択することに
より表示の性能を向上することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるポリマー分
散型液晶表示装置は、液晶と、モノマー及びオリゴマー
を含む光硬化性樹脂材料との相溶物を光照射によって相
分離させて液晶１８がポリマー２２に分散した構成のも
のである。このような構成において、単官能のモノマー
を選択するとよいことが分かった。また、分子量が２０
０以上のモノマーを選択するとよいことが分かった。ま
た、エーテル結合のような極性のもとになる部位をもた
ないモノマーを選択するとよいことが分かった。さら
に、光硬化性樹脂材料の溶解性パラメータが、液晶の溶
解性パラメータよりも小さい組合せとするとよいことが
分かった。本発明では、このような特徴の少なくとも一
つを備える。

【０００７】

【作用】上記した構成においては、単官能のモノマーを
選択した場合には、印加電圧と透過率との関係を改善す
ることができる。分子量が２００以上のモノマーを選択
した場合には、真空中に放置したときの光硬化性樹脂材
料の蒸発が低くなる。極性のもとになる部位をもたない
モノマー又はオリゴマーを選択した場合には、光硬化性
樹脂材料中に溶解できる液晶の量が多くなる。また、光
硬化性樹脂材料の溶解性パラメータが、液晶の溶解性パ
ラメータよりも小さい組合せの場合にも、光硬化性樹脂
材料中に溶解できる液晶の量が多くなる。

【０００８】

【実施例】図１及び図２は本発明に係わるポリマー分散
型液晶表示装置を構成する液晶パネル１０を示す図であ
る。液晶パネル１０は、一対の対向する第１のガラス基
板１２と第２のガラス基板１４との間に液晶層１６を封
入してなるものである。この液晶層１６では、液晶分子
１８が液晶カプセル２０の形体で透明なポリマー２２の
中に分散している。

【０００９】図１及び図２においては、例えば第１のガ
ラス基板１２側が表示面側となる。この第１のガラス基
板１２の内面には透明な共通電極２４が設けられ、第２
のガラス基板１４の内面には透明な画素電極２６が設け
られている。図１は電圧不印加時を示し、各液晶カプセ
ル２０の液晶分子１８はランダムな配列をしている。従
って、光が矢印で示されるように入射すると、その光は
各液晶カプセル２０の液晶分子１８に当たり、ランダム
な方向に散乱する。従って、表示面側に透過する光は少
なく、不透明となる。

【００１０】図２は電圧印加時を示し、各液晶カプセル
２０の液晶分子１８が対向するガラス基板１２，１４の
表面に垂直な方向に立ち上がる。従って、光が矢印で示
されるように入射すると、その光は各液晶カプセル２０
の液晶分子１８を透過する。また、光が透明なポリマー
２２に入射したところでは、図１及び図２においてとも
に光はポリマー２２を透過する。しかし、表示は主とし
て液晶分子１８の作用に従い、ポリマー２２を透過する
光は実質的に表示に寄与しない。しかし、本発明は、ポ
リマー２２の種類によって表示のよしあしが左右される
ことに着目したものである。

【００１１】そこで、本発明では、最適なポリマー２２
を得るために種々の検討を行ったものである。本発明の
ポリマー２２は光硬化性樹脂である。光硬化性樹脂はモ
ノマー及びオリゴマーを含む光硬化性樹脂材料からな
る。本発明では、最初にどのようなモノマーがポリマー
分散型液晶表示装置に適しているかを調べた。光硬化性
樹脂によく使用されるアクリレート及びメタクリレート
の中から、単官能のモノマーと、多官能のモノマーとを
それぞれ選んで、類似のオリゴマーと組合せ、紫外線照
射して図１に示されるようなポリマー分散型液晶表示装
置を構成した。液晶はフッ素系のネマチック液晶を使用
した。なお、液晶は疎水系であり、光硬化性樹脂材料も
疎水系のものが相溶性がよい。

【００１２】図３は、単官能のモノマーと、多官能のモ
ノマーを使用したポリマー分散型液晶表示装置の透過率
を示す図である。横軸は印加電圧（Ｖ）を示し、縦軸は
透過率（Ｔ）を示す。図３に示されるように、単官能の
モノマーを使用した場合の方が、多官能のモノマーを使
用した場合よりも低い印加電圧で所定の透過率を達成す
ることができた。これにより、より低い印加電圧で液晶
を駆動でき、しきい値を低くでき。これは、単官能のモ
ノマーを使用すると紫外線照射時の相分離速度を抑える
ことができ、液晶の分散をよくすることができたためと
思われる。

【００１３】次に、単官能のモノマーの中から、種々の
分子量のものを準備し、オリゴマーと組合せて光硬化性
樹脂材料とし、それを液晶と混合し、液晶パネル１０に
注入する工程での蒸発を調べた。図６及び図７は、光硬
化性樹脂材料と液晶との混合物３０を、空の液晶パネル
１０に注入することろを示している。まず、図６に示さ
れるように、皿状の容器３２に入っている混合物３０
と、空の液晶パネル１０とを、真空室３４に入れる。真
空室３４を真空に引くと、空の液晶パネル１０の注入口
から液晶パネル１０の内部に真空が行き渡る。

【００１４】この間、皿状の容器３２に入っている混合
物３０は真空にさらされる。それから、図７に示される
ように、真空室３４を真空に保ったまま、空の液晶パネ
ル１０の注入口を混合物３０に漬ける。次に真空室３４
の真空を解除する。これによって、空の液晶パネル１０
と真空室３４との圧力差により混合物３０が液晶パネル
１０内に注入される。このようにして注入した後、液晶
パネル１０の注入口を封鎖する。

【００１５】従って、真空室３４を真空にしている間、
皿状の容器３２に入っている混合物３０は真空にさらさ
れたままである。そこで、混合物３０中のモノマーが蒸
発しやすい。図４は、このような液晶パネル１０への混
合物３０の注入工程でのモノマーの残存量（割合）を示
す図である。分子量が小さいと、蒸発が激しくてモノマ
ーの残存量は小さいが、分子量が２００以上になると蒸
発はかなりおさまり、モノマーの残存量は１００パーセ
ントに近くなる。従って、分子量が２００以上のモノマ
ーを使用することにより、液晶とポリマーの混合物３０
は、注入工程において最初に混合したときのままで維持
され、注入後には液晶パネル１０の注入口を封鎖するの
で、液晶とポリマーとの混合割合が最後まで所定値通り
に維持されることができる。分子量２４０程度以上のモ
ノマーが適切と思われる。

【００１６】なお、ここで使用したアクリレート及びメ
タクリレートはそれぞれ次の構造のものであった。上式
のアクリル酸アルキルではｎ≧８であるのが好ましく、
下式のメタクリル酸アルキルではｎ≧７であるのが好ま
しい。

【００１７】

【化１】

【００１８】

【化２】

【００１９】また、下記の構造のアクリレートを使用す
ることもできる。

【化３】

【００２０】

【化４】この２つでは、ｍ，ｎ≧１である。

【００２１】図５は、エーテル結合の有るモノマーと、
エーテル結合の無いモノマー（２種類）とを準備し、オ
リゴマーと組合せて光硬化性樹脂材料とし、それを液晶
と混合した段階での、液晶の光硬化性樹脂材料への溶解
割合を示す図である。図５から明らかなように、エーテ
ル結合の無いモノマーを使用した方が、液晶の光硬化性
樹脂材料への溶解割合は格段に大きい。エーテル結合の
ように極性のもとになる部位をもたないモノマーは液晶
とモノマーとの相溶性がよいことが分かる。エーテル結
合のように親水性基（ＯＨ，ＣＯＯＨ，ＮＨ₂，ＳＯ₃
Ｈ等）をもたないモノマーを使用すると、液晶とモノマ
ーとの相溶性が優れる。この点では、アルキル基のみで
構成されたアクリレート又はメタクリレートが好まし
い。

【００２２】ここで、エーテル結合のあるアクリレート
の例は下記の通りである。

【化５】

【００２３】水酸基のあるアクリレートの例は下記の通
りである。

【化６】

【００２４】オリゴマーは、モノマーと同様にエーテル
結合のないアクリレート又はメタクリレートを使用する
のが液晶とのよい相溶性を得る上で好ましいことが分か
った。このような好ましいオリゴマーの一つは、ウレタ
ンアクリレートである。

【００２５】さらに、ポリマー分散型液晶表示装置で
は、フッ素系液晶ばかりでなく、シアノ系液晶等も使用
できる。液晶が変われば、それと組み合わせるのに最適
な光硬化性樹脂材料も変わる。本発明では、溶解性パラ
メータを用いて、液晶と光硬化性樹脂材料との適切な組
合せについてさらに考察した。なお、ここでは、光硬化
性樹脂材料の効果前の混合時における液晶の溶解性を問
題としているので、光硬化性樹脂材料は液体としての主
成分であるモノマーで代表した。

【００２６】溶解性パラメータは、例えば原崎勇次著
「コーティングの基礎科学」等に解説してある。この本
によると、溶解性パラメータは蒸発熱や屈折率等の物理
的特性の測定に基づいた計算による方法と、フェダーズ
(Feders) による分子構造式から計算する方法とがある
が、この実施例では後者の方法によった。また、液晶は
一般に１０種類程度の液晶成分を混合して１つの液晶と
して使用されるが、ここでは、個々の液晶成分の溶解性
パラメータを計算し、個々の液晶成分の比率により平均
をとった。例えば、Ｐの割合が３０パーセントで溶解性
パラメータが５、Ｑの割合が７０パーセントで溶解性パ
ラメータが７の場合、５×０．３＋７×０．７＝６．４
とした。

【００２７】まず下記の４種類の光硬化性樹脂材料Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄを準備した。これらの溶解性パラメータは次
の通りである。Ａ、Ｂはエーテル結合のないアクリル酸
アルキルであり、Ｃはエーテル結合のあるアクリレート
であり、Ｄは水酸基のあるアクリレートであり、上記し
た化学式で表されるものであった。光硬化性樹脂材料ＡＢＣＤ溶解性パラメータ 8.9 9.6 10.1 11.4

【００２８】これに対して、シアノ系液晶（ＣＮ系液
晶）及びフッ素系液晶（Ｆ系液晶）を準備した。これら
の溶解性パラメータは次の通りである。なお、塩素系液
晶の溶解性パラメータはフッ素系液晶の溶解性パラメー
タに近い。液晶ＣＮ系液晶Ｆ系液晶溶解性パラメータ１１以下（〜１１）９．５以下（〜９．５）

【００２９】そこで、種々の組合せについて、液晶の溶
解性の試験をおこなった。試験においては、室温におい
て、容器に所定量の光硬化性樹脂材料を入れ、その中に
液晶を次第に量を増加させながら混合していった。液晶
の混合割合が少ないうちは、混合物は透明な液体状態で
あり、液晶の混合割合がある値以上になると溶解性が悪
くなり、混合物は白濁するようになる。混合物が透明な
液体状態から白濁状態への変化はかなり急峻にあらわれ
る。変化点を容易に特定することができる。次の表は、
混合物が透明な液体状態から白濁状態に変化する液晶の
混合割合の値（パーセント）を示す。

【００３０】光硬化性樹脂材料ＡＢＣＤＣＮ系液晶 76 79 80 39 Ｆ系液晶 73 73 0 0

【００３１】この結果から、ＣＮ系液晶については、光
硬化性樹脂材料Ａ、Ｂ、Ｃを使用でき、Ｆ系液晶（及び
塩素系液晶）については、光硬化性樹脂材料Ａ、Ｂを使
用できることが分かった。これは、光硬化性樹脂材料の
溶解性パラメータが、液晶の溶解性パラメータよりも小
さい組合せとしたものである。これは図５の結果とも一
致している。また、少なくともＣＮ系液晶については、
光硬化性樹脂材料の溶解性パラメータと、液晶の溶解性
パラメータとの差が、約２以下となっている。

【００３２】また、上記結果から、光硬化性樹脂材料の
溶解性パラメータが約１０以下であれば、概ね各種液晶
と光硬化性樹脂材料との相溶性がよいと言える。個々に
見ると、光硬化性樹脂材料の溶解性パラメータが、フッ
素系液晶及び塩素系液晶の場合には約（９±１）の範囲
にあり、シアノ系液晶の場合には約（１０±２）の範囲
にあるとよいことが分かる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
しきい値電圧が低く、良好な相溶性を実現することがで
き、真空注入可能なポリマー分散型液晶表示装置を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるポリマー分散型液晶表示装置を
示す図である。

【図２】図１の電圧印加状態を示す図である。

【図３】各種モノマーを使用した場合の透過率を示す図
である。

【図４】真空中でのモノマーの残存量を示す図である。

【図５】エーテル結合の有無による液晶の溶解性を示す
図である。

【図６】液晶の真空注入を示す図である。

【図７】図６の注入状態を示す図である。

【符号の説明】

１２，１４…基板１８…液晶分子２２…ポリマー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶と、単官能のモノマー及びオリゴマ
ーを含む光硬化性樹脂材料との相溶物を光照射によって
相分離させて液晶（１８）がポリマー（２２）に分散し
た構成としたポリマー分散型液晶表示装置。
【請求項２】液晶と、分子量が２００以上のモノマー
及びオリゴマーを含む光硬化性樹脂材料との相溶物を光
照射によって相分離させて液晶（１８）がポリマー（２
２）に分散した構成としたポリマー分散型液晶表示装
置。
【請求項３】液晶と、極性のもとになる部位をもたな
いモノマー及びオリゴマーを含む光硬化性樹脂材料との
相溶物を光照射によって相分離させて液晶（１８）がポ
リマー（２２）に分散した構成としたポリマー分散型液
晶表示装置。
【請求項４】液晶と、モノマー及び極性のもとになる
部位をもたないオリゴマーを含む光硬化性樹脂材料との
相溶物を光照射によって相分離させて液晶（１８）がポ
リマー（２２）に分散した構成としたポリマー分散型液
晶表示装置。
【請求項５】液晶と、モノマー及びオリゴマーを含む
光硬化性樹脂材料との相溶物を光照射によって相分離さ
せて液晶（１８）がポリマー（２２）に分散した構成と
したポリマー分散型液晶表示装置において、光硬化性樹
脂材料の溶解性パラメータが、液晶の溶解性パラメータ
よりも小さい組合せとしたポリマー分散型液晶表示装
置。
【請求項６】光硬化性樹脂材料の溶解性パラメータ
と、液晶の溶解性パラメータとの差が、約２以下とした
ことを特徴とする請求項５に記載のポリマー分散型液晶
表示装置。
【請求項７】光硬化性樹脂材料の溶解性パラメータが
約１０以下であることを特徴とする請求項５に記載のポ
リマー分散型液晶表示装置。
【請求項８】光硬化性樹脂材料の溶解性パラメータ
が、フッ素系液晶及び塩素系液晶の場合には約（９±
１）の範囲にあり、シアノ系液晶の場合には約（１０±
２）の範囲にあることを特徴とする請求項５に記載のポ
リマー分散型液晶表示装置。